觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術在玻纖行業中的應用

胡殿芳，程德義，李金虎，谷化強，王慧敏

(1.中國耀華玻璃集團有限公司，秦皇島 066000；2.中國建材國際工程集團有限公司，深圳 518054；3.中國建材國際工程集團有限公司，蚌埠 233010)

玻璃纖維是一種無機非金屬材料，具有高耐熱性、絕緣性、耐腐蝕性、拉伸強度高等多種優異性能，在很多領域可以代替水泥、鋼、木材、PVC等多種傳統材料，促進玻纖滲透率的提升[1]。玻璃纖維廣泛應用于建筑、電子、環保、工業設備、風電等領域[2,3]。玻璃纖維種類繁多，它以石英砂、硼鎂石、石灰石等多種礦石為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造而成[4,5]。2020年我國玻璃纖維紗總產量為541萬t，同比增長2.64%。隨著玻纖制造業的發展，對大氣帶來的污染也是相當嚴重。玻璃纖維窯爐燃燒產生的主要污染物為二氧化硫、氮氧化物、氟化物和粉塵等，直接排放對環境和人類帶來巨大的危害[6]。因此，研究玻璃纖維及制品制造業污染物煙氣治理技術具有重要意義。

目前，生態環境部發布玻璃纖維及制品行業執行的標準是《玻璃纖維及制品工業污染物排放標準(征求意見稿)》[7]，SO2排放限值為150 mg/m3，NOx排放限值為500 mg/m3，氟化物排放限值為5 mg/m3，粉塵排放限值為40 mg/m3。由于玻纖行業煙氣量小、進口污染物SO2濃度高等特點，大多數玻璃纖維企業選用濕法工藝技術治理煙氣，但煙氣治理效果不理想，經常出現設備堵塞、設備腐蝕、場地異味大、運行和維護費用高、煙囪可視大量白煙等問題，最終無法適應日趨嚴格的環保標準要求[8]。所以必須選擇合適的脫硫脫氟脫硝除塵技術對煙氣進行綜合處理，使煙氣達標排放。

因此，該工程針對玻璃纖維窯爐煙氣特點，采用觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化干法煙氣凈化工藝裝置。該裝置具有占地面積小、使用壽命長、操作簡單、運行和維護費用低等特點，并且該技術在平板玻璃行業也廣泛應用[9]。

1 玻璃纖維窯爐煙氣特點

1)煙氣量較小。玻纖工業由于原料配料中使用量小，所以燃燒生成的煙氣量比較小，煙氣量一般低于20 000 Ndm3/h。

2)SO2濃度高。玻纖工業燃料含硫量高，導致玻璃纖維窯出口SO2濃度高，一般在1 500～4 000 mg/m3。

3)煙氣中污染成分多。玻纖工業產生的主要廢氣有SO2、NOx、HF、HCl、CO2等有害氣體。

4)煙氣粉塵性質復雜。煙氣中粉塵主要由金屬氧化物、金屬鹽類及不完全燃燒等物質組成。

5)玻璃纖維窯內壓力要求穩定。玻璃纖維制品生產時，必須保證窯爐內壓力穩定，壓力在(5±3)Pa[10]。

基于玻璃纖維窯爐煙氣特點，該項目工程玻璃纖維窯出口煙氣參數如表1所示。

表1 玻璃纖維窯出口煙氣參數

2 觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術應用

針對玻璃纖維窯煙氣特點，該工程采用陶瓷濾管脫硝除塵+兩級串聯脫硫處理技術，即：第一級采用熟石灰干法脫硫+觸媒陶瓷纖維濾管脫硝除塵，熟石灰進行脫氟脫硝處理，并輔助脫硫；第二級采用碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵器處理，碳酸氫鈉作為脫硫劑進行深度脫硫，并輔助脫氟。

2.1 工藝流程介紹

工藝系統組成：干法脫硫系統、脫硫劑供應系統、氨水輸送噴射系統、陶瓷濾管除塵器系統、低溫鍋爐系統、布袋除塵器系統、輸灰系統、煙道系統。觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化系統工藝流程圖，如圖1所示。

工藝流程：首先，在系統進口溫度滿足350～400 ℃條件下，高溫余熱鍋爐煙氣與噴入的氫氧化鈣粉末充分混合后經過干法調質脫硫系統，進行脫硝脫氟處理并輔助脫硫。接著，煙氣進入觸媒陶瓷纖維濾管除塵器，煙氣中的SO2與觸媒陶瓷纖維濾管表面濾餅層反應可提高干法脫硫效率，同時與煙氣中噴入的NH3和NOx在觸媒陶瓷纖維濾管所負載的催化劑作用下，發生氧化還原反應，生成N2和H2O。其中，濾管除塵器灰斗下方的副產物進入循環灰系統，一方面可進一步提高脫硝脫氟脫硫效率，另一方面可節約物料控制成本。然后，煙氣進入低溫鍋爐系統，保證低溫鍋爐出口煙氣溫度在150～200 ℃之間，一方面可以保護布袋除塵器中的布袋，提高使用壽命，另一方面低溫鍋爐產生的蒸汽可余熱利用，蒸汽量為3.0 t/D。隨后，煙氣進入二級脫硫塔，在二級脫硫塔內完成SO2的深度脫硫，副產物經布袋除塵器收集。最后，凈化后的煙氣由引風機送入煙囪排入大氣。

2.2 工藝原理

2.2.1 脫硫脫氟工藝原理

首先，通過石灰輸送系統將石灰倉中的Ca(OH)2輸送至一級脫硫塔與煙氣中SO2等酸性物質反應，進行脫硝脫氟和輔助脫硫。脫氟效率可達90%，脫硫效率可達70%。接著，通過高效的NaHCO3噴射均布裝置，將脫硫劑NaHCO3噴入二級脫硫塔內，NaHCO3在塔內被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸發生物理、化學反應，從而將煙氣中的SO2等酸性物質吸收凈化。脫硫效率可達95%，脫氟效率可達98%。

2.2.2 脫硝工藝原理

脫硝工藝采用選擇性催化還原法。在陶瓷纖維濾管表面釩-鈦系觸媒催化劑作用下，以NH3作為脫硝還原劑，將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。該反應最佳溫度為330～380 ℃。

觸媒陶瓷纖維濾管粒徑小，為納米級，且濾管表面積大，增加了催化劑的活性表面積和反應速率，同時增加了煙氣的停留時間，使脫硝效率大幅度提升。脫硝效率可達95%以上。

催化劑附著在陶瓷纖維濾管上，在濾管外層形成粉餅層，可降低重金屬砷(As)、硒(Se)及汞(Hg)對催化劑的毒化作用。

2.2.3 除塵工藝原理

首先，經干法調質脫硫后的煙氣進入觸媒陶瓷纖維濾管除塵器，在陶瓷濾管表面形成殘存層餅與顆粒層餅兩層。其中，殘存層餅緊貼陶瓷纖維濾管表面，厚度為1～2 mm，防止粉塵滲透到濾管，提高過濾效率；較外層的顆粒層餅可通過反向脈沖清洗，致使粉塵顆粒脫離，除掉的粉塵收集在除塵裝置的料斗中，由氣力輸送系統送至干法脫硫塔前段煙道進行循環利用，進一步提高除塵效率。然后，經觸媒陶瓷纖維濾管除塵器處理后的煙氣進入布袋除塵器，顆粒大的粉塵由于重力作用沉降落入灰斗，較細小粉塵利用布袋纖維織物的過濾作用被阻留，最后煙氣得到凈化。除塵效率可達99.9%以上。

3 運行數據分析

該玻纖煙氣治理項目采用觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化技術對玻璃纖維窯出口煙氣進行脫硫脫氟脫硝除塵處理后，系統運行穩定，效率高，達到設計要求與國家污染物標準排放限值。

3.1 脫硫劑對在線監測出口二氧化硫的影響

該項目工程采用陶瓷濾管脫硝除塵+兩級串聯脫硫處理技術，出于成本考慮，將氫氧化鈣用量控制在200 kg/h，觀察脫硫劑用量對在線監測出口SO2的影響。在線監測進口SO2濃度為1 500～4 000 mg/Nm3，從圖2中可知，系統運行穩定，且氫氧化鈣用量控制在200 kg/h，碳酸氫鈉用量控制在50 kg/h左右時，污染物SO2濃度可控制在50 mg/Nm3以內，滿足環保排放限值要求。該技術脫硫效果明顯，可實現高濃度SO2超低排放，效率高達95%以上。

3.2 脫硝還原劑對在線監測出口氮氧化物的影響

從圖3中可知，系統運行穩定，且氨水用量控制在55 kg/h左右時，污染物NOx濃度可控制在55 mg/Nm3以內，滿足環保排放限值要求。該技術脫硝效率可達95%以上。

3.3 系統進出口污染物濃度數據分析

從表2中可知，玻纖窯爐入口SO2濃度相對較高，但經過觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化干法煙氣凈化工藝裝置處理后煙氣在線監測出口SO2、NOx、粉塵、氟化物等污染物濃度遠低于《玻璃纖維及制品工業污染物排放標準(征求意見稿)》(SO2排放限值為150 mg/m3，NOx排放限值為500 mg/m3，氟化物排放限值為5 mg/m3，粉塵排放限值為40 mg/m3)。其中，在線監測出口污染物SO2實現了超低排放。

表2 系統進出口污染物濃度數據分析

該項目工程通過長時間觀察與試驗，并結合污染物排放指標和成本考慮，將氫氧化鈣用量控制在200 kg/h，碳酸氫鈉用量50 kg/h，氨水用量55 kg/h，可使在線監測出口污染物SO2濃度控制在50 mg/m3以內，NOx濃度控制在55 mg/m3以內，氟化物濃度控制在5 mg/m3以內，粉塵濃度控制在10 mg/m3以內。

4 結 論

a.該工程采用觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術實現了高二氧化硫濃度超低排放，脫硫效率達到95%以上，為玻纖行業煙氣脫硫脫硝除塵綜合治理提供了一條切實可行的路徑。

b.觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術具有高效率、占地面積小、操作簡單、成本和維護費用低等優點。尤其在日益嚴峻的環保排放要求下，采用煙氣干法工藝可以達到煙囪排放無煙效果。